透射電鏡中的成像原理利用的是阿貝成像原理。
阿貝（Abbe）于1873年對相干光照明的物體提出了兩步衍射成像原理。即衍射譜（傅里葉變換）和兩次衍射成像的概念，并用傅里葉變換來闡明顯微鏡成像的機制。1906年波特以一系列試驗證實了阿貝成像原理。阿貝成像原理的意義在于:它以一種新的頻譜語言來描述信息,它啟發人們用改造頻譜的方法來改造信息.
根據光學中的阿貝成像原理，當一平行光束照射到具有周期結構特點的物樣時會產生衍射現象。除零級衍射束外還有各級衍射束，經過物鏡的聚焦作用，在其后焦面上形成衍射振幅的極大值。每一個振幅的極大值又可看成為次級相干波源，由它們發出的次級波在像平面上相干成像。這樣，阿貝的透鏡衍射成像可分為兩個過程（第一步是信息分解，第二步是信息合成）：一是平行光束受到具有周期特點物樣的散射作用形成各級衍射譜，即物的信息通過衍射譜呈現出來；二是各級衍射波通過干涉重新在像平面上形成反映物特征的像。顯然，這要求從物樣同一點出發的各級衍射波在經過上述兩個過程后必須在像平面上會聚為一點；而從物樣不同點發出的同級平行散射波經過透鏡后都聚焦到后焦面上的同一點，只有這樣才能形成反映物樣特點的傳統意義的像。參與成像的次級波越多，疊加的像越與物接近。
在電子顯微鏡中，用電子束代替平行入射光束，用薄膜狀的樣品代替周期性結構物體，就可重復以上衍射過程。在透射電子顯微鏡中，物鏡在像平面形成的一次放大像往往要由中間鏡與投影鏡再做兩次放大投射到熒光屏上，這稱為物的三級放大像。改變中間鏡的電流，使中間鏡的物平面從物鏡像平面移到物鏡的后焦面，可得到衍射譜。若讓中間鏡的物面從物鏡后焦面向下移到物鏡像平面，就可得到像。這就是為什么透射電鏡既能得到衍射譜又能觀察像的原因。
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